JP5306842B2 - Integrated device of gas-liquid separator and diluter - Google Patents

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Description

本発明は、気液分離器と希釈器とを一体的に構成した一体型装置に係り、特に、燃料電池システムに配設される気液分離器と希釈器とを一体化した気液分離器と希釈器との一体型装置に関する。   The present invention relates to an integrated apparatus in which a gas-liquid separator and a diluter are integrally configured, and in particular, a gas-liquid separator in which a gas-liquid separator and a diluter disposed in a fuel cell system are integrated. And a diluter integrated device.

従来から、燃料電池システムでは、燃料電池から排出される排気ガス中に含まれる水分を当該排気ガスから分離する目的で気液分離器が配設されている。このような気液分離器には種々なものがあるが、その1つにサイクロン式分離器がある。   Conventionally, in a fuel cell system, a gas-liquid separator is disposed for the purpose of separating moisture contained in exhaust gas discharged from the fuel cell from the exhaust gas. There are various types of such gas-liquid separators, and one of them is a cyclonic separator.

例えば、上下を密閉した円筒状の本体部と、該本体部の円筒状の上部近傍で且つ接線方向に設けられた入口管と、本体部の天板部の中央部に該本体部の内外部に突出するように設けられた出口管と、本体部の下部に設けられた貯水タンク部と、該貯水タンク部に設けられた排水管とを備え、前記貯水タンク部の底部に水の移動に抵抗を与える多数のリブを立設したサイクロン式の気液分離器が紹介されている。(例えば、特許文献1参照)。   For example, a cylindrical main body portion that is hermetically sealed at the top and bottom, an inlet pipe provided in the vicinity of the cylindrical upper portion of the main body portion and in a tangential direction, and the inner and outer sides of the main body portion at the center of the top plate portion of the main body portion An outlet pipe provided so as to protrude from the main body, a water storage tank part provided at the lower part of the main body part, and a drain pipe provided in the water storage tank part for transferring water to the bottom of the water storage tank part. A cyclone type gas-liquid separator with many ribs to provide resistance is introduced. (For example, refer to Patent Document 1).

また、燃料電池システムでは、燃料電池から排出されるアノードオフガス(水素オフガス)を十分に低い水素濃度になるように、カソードオフガス(例えば、空気)で希釈した後に大気中に放出する目的で水素希釈器が配設されている。   Also, in the fuel cell system, the anode off gas (hydrogen off gas) discharged from the fuel cell is diluted with hydrogen for the purpose of releasing it into the atmosphere after being diluted with the cathode off gas (for example, air) so as to have a sufficiently low hydrogen concentration. A vessel is provided.

このような水素希釈器として、例えば、燃料電池から排出されるアノードオフガスを滞留させる滞留領域と、前記燃料電池から排出されるカソードオフガス(空気)を通流させると共に、該カソードオフガスに前記滞留領域からの前記アノードオフガスを混合させて希釈する希釈領域と、前記滞留領域から前記希釈領域へ前記アノードオフガスを通流させる通流部とを備えた水素希釈器が紹介されている。(例えば、特許文献2参照)。   As such a hydrogen diluter, for example, a staying region in which the anode offgas discharged from the fuel cell is retained, and a cathode offgas (air) discharged from the fuel cell is allowed to flow, and the staying region is passed to the cathode offgas. A hydrogen diluter having a dilution region for mixing and diluting the anode off-gas from the residence region and a flow passage for flowing the anode off-gas from the residence region to the dilution region is introduced. (For example, refer to Patent Document 2).

また、アノードオフガスを蓄積する導入室と、当該導入室とカソードオフガス流路とを連通させる連通路と、当該連通路の連通状態を切り替えると共に、パージ弁が開弁する際に閉弁され、かつ当該パージ弁が閉弁している際に開弁可能となる連通弁と、当該連通弁が開弁している際に、前記導入室を外部から押圧することで当該導入室の容積を収縮させる押圧手段を備えた水素希釈器が紹介されている。(例えば、特許文献3参照)。   An introduction chamber for accumulating anode off gas, a communication passage for communicating the introduction chamber and the cathode off gas flow channel, a communication state of the communication passage is switched, and the purge valve is closed when the valve is opened; and A communication valve that can be opened when the purge valve is closed, and the volume of the introduction chamber is contracted by pressing the introduction chamber from the outside when the communication valve is open. A hydrogen diluter equipped with pressing means is introduced. (For example, refer to Patent Document 3).

そしてまた、アノードオフガスを滞留させる滞留室と、該滞留室にアノードオフガスを導くアノード導入路と、前記滞留室にカソードオフガスを導くカソード導入路と、アノードオフガス及びカソードオフガスを導出するオフガス導出路とを備え、前記カソード導入路の開口と前記オフガス導出路の開口とを略対向させると共に、前記両開口が間隙を備えるように近接させて配設した水素希釈器も紹介されている。(例えば、特許文献4参照)。   And a residence chamber for retaining the anode off-gas, an anode introduction passage for introducing the anode off-gas to the residence chamber, a cathode introduction passage for introducing the cathode off-gas to the residence chamber, and an off-gas delivery passage for deriving the anode off-gas and the cathode off-gas. And a hydrogen diluter in which the opening of the cathode introduction path and the opening of the off-gas outlet path are substantially opposed to each other, and the openings are arranged close to each other so as to have a gap. (For example, refer to Patent Document 4).

特開2002−373699号公報JP 2002-373699 A 特開2003−132915号公報JP 2003-132915 A 特開2007−80728号公報JP 2007-80728 A 特開2008−140783号公報JP 2008-140783 A

しかしながら、特許文献1等に記載されているような従来の気液分離器は、通常、配水管が貯水タンク部に対し水平方向に設けられた構造を有している。このため、当該気液分離器の下流側に希釈器が配設された際に、前記配水管に水が滞留する虞がある。また、従来の気液分離器は、重力を利用して貯水タンク部に水を貯める構造であるため、燃料電池から大量の水が排出された場合は、気液分離できずに水が溢れる虞もある。また、特許文献2〜4等には、気液分離器と水素希釈器との関係について考慮がなされていない。   However, the conventional gas-liquid separator as described in Patent Document 1 or the like usually has a structure in which the water distribution pipe is provided in the horizontal direction with respect to the water storage tank portion. For this reason, when a diluter is disposed on the downstream side of the gas-liquid separator, there is a possibility that water may stay in the water distribution pipe. In addition, since the conventional gas-liquid separator has a structure in which water is stored in the water storage tank portion using gravity, if a large amount of water is discharged from the fuel cell, the gas-liquid separation cannot be performed and the water may overflow. There is also. Further, Patent Documents 2 to 4 do not consider the relationship between the gas-liquid separator and the hydrogen diluter.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、気液分離を効率よく行うことができ且つ希釈器に導入された気体の希釈を効率よく行えると共に、小型化を達成することができる気液分離器と希釈器との一体型装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a situation, can perform gas-liquid separation efficiently, can dilute the gas introduced into the diluter efficiently, and can achieve miniaturization. An object of the present invention is to provide an integrated device of a gas-liquid separator and a diluter.

この目的を達成するため本発明は、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスと水との混合流体から気体と液体とを分離する気液分離器と、前記気液分離器の下方に配設された希釈器と、前記気液分離器と希釈器とを連通すると共に、水平方向に対し所定の角度で配設され、前記気液混合流体に含まれる少なくとも液体を前記希釈器に導入する連通管と、を備え、前記気液分離器と、前記希釈器と、前記連通管とを一体的に構成し、前記希釈器は、前記燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスの一部と、前記水と、前記アノードオフガスの一部とが導入され、当該導入されたカソードオフガスとアノードオフガスとを混合し、当該混合されたガス及び前記水を排出する拡張室と、前記拡張室に導入されないカソードオフガスを誘導して排出するカソードオフガス流路と、を有し、前記気液分離器は、前記カソードオフガス流路上に配置されている気液分離器と希釈器との一体型装置を提供するものである。 In order to achieve this object, the present invention is provided with a gas-liquid separator that separates gas and liquid from a mixed fluid of anode off-gas and water discharged from the fuel cell stack, and disposed below the gas-liquid separator. The diluter, the gas-liquid separator, and the diluter communicate with each other, and are arranged at a predetermined angle with respect to the horizontal direction, and a communication pipe that introduces at least the liquid contained in the gas-liquid mixed fluid into the diluter. The gas-liquid separator, the diluter, and the communication pipe are integrally configured, and the diluter includes a part of the cathode offgas discharged from the fuel cell stack, and the water. And a part of the anode off gas are introduced, the introduced cathode off gas and the anode off gas are mixed, the mixed gas and the water are discharged, and the cathode off gas not introduced into the extension chamber. Anda cathode off gas passage for discharging to induce the gas-liquid separator is provided an integrated device for a gas-liquid separator and the diluter that is arranged in the cathode off-gas flow channel is there.

この構成を備えた気液分離器と希釈器との一体型装置は、気液分離器と、当該気液分離器の下方に配設された希釈器とが、水平方向に対し所定の角度で配設された連通管を介して連通されているため、気液分離器によって分離された液体が連通管を介して希釈器に導入される際に、当該液体を重力を利用して希釈器に落下させることができる。このため、連通管に液体が滞留することを抑制することができる。また、気液分離器と希釈器とが一体的に構成されているため、小型化を達成することもできる。   In the gas-liquid separator and diluter integrated device having this configuration, the gas-liquid separator and the diluter disposed below the gas-liquid separator are arranged at a predetermined angle with respect to the horizontal direction. Since the liquid separated by the gas-liquid separator is introduced into the diluter through the communication pipe, the liquid is transferred to the diluter using gravity. Can be dropped. For this reason, it can suppress that a liquid retains in a communicating pipe. Further, since the gas-liquid separator and the diluter are integrally configured, it is possible to achieve downsizing.

また、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置は、前記気液分離器の上部を構成する上部構成部材と、前記希釈器の下部を構成する下部構成部材と、前記上部構成部材と下部構成部材との間に位置し、当該上部構成部材及び下部構成部材と一体的に配設されると共に、前記気液分離器の下部及び前記希釈器の上部を構成する共有部材とを備え、前記連通管を前記共有部材に形成した構成を備えることもできる。このように、共有部材により気液分離器の下部と前記希釈器の上部を構成するため、部品点数を削減することができると共に、さらに小型化することができる。   Further, the gas-liquid separator and diluter integrated device according to the present invention includes an upper constituent member constituting the upper part of the gas-liquid separator, a lower constituent member constituting the lower part of the diluter, and the upper part. A common member that is located between the constituent member and the lower constituent member, is disposed integrally with the upper constituent member and the lower constituent member, and constitutes the lower part of the gas-liquid separator and the upper part of the diluter; The communication pipe may be formed on the shared member. Thus, since the lower part of the gas-liquid separator and the upper part of the diluter are configured by the shared member, the number of parts can be reduced and the size can be further reduced.

そしてまた、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置は、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスと水との混合流体から気体と液体とを分離する気液分離器と、前記気液分離器の下方に配設された希釈器と、前記気液分離器と希釈器とを連通すると共に、水平方向に対し所定の角度で配設され、前記気液混合流体に含まれる少なくとも液体を前記希釈器に導入する連通管と、を備え、前記気液分離器と、前記希釈器と、前記連通管とを一体的に構成し、前記希釈器は、前記燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスの一部と、前記水と、前記アノードオフガスの一部とが導入され、当該導入されたカソードオフガスとアノードオフガスとを混合し、当該混合されたガス及び前記水を排出する拡張室と、前記拡張室に導入されないカソードオフガスを誘導して排出するカソードオフガス流路と、を有し、前記拡張室は、前記導入されたカソードオフガスの上流側と下流側となる位置に、少なくともアノードオフガスの流れを制御する流通制御部材が配設された構成を備えることができる。 In addition, the gas-liquid separator and diluter integrated device according to the present invention includes a gas-liquid separator that separates gas and liquid from a mixed fluid of anode off-gas and water discharged from the fuel cell stack, The diluter disposed below the gas-liquid separator, the gas-liquid separator and the diluter communicate with each other, and are disposed at a predetermined angle with respect to the horizontal direction, and are included in the gas-liquid mixed fluid. with a communicating pipe for introducing at least liquid to the diluter and, said gas-liquid separator, and the diluter, the a communicating pipe integrally configured, before Symbol diluter, from the fuel cell stack Part of the discharged cathode offgas, the water, and part of the anode offgas are introduced, the introduced cathode offgas and anode offgas are mixed, and the mixed gas and the water are discharged. Extension room and said extension room A cathode offgas flow path that guides and discharges the cathode offgas that is not introduced, and the expansion chamber controls at least the flow of the anode offgas at positions upstream and downstream of the introduced cathode offgas. A configuration in which a distribution control member is disposed can be provided.

この構成により、アノードオフガスを収容した拡張室に、カソードオフガス流路で生じる圧損によりカソードオフガスの一部を導入することができ、アノードオフガスとカソードオフガスを効率よく混合して、カソードオフガスにより希釈されたアノードオフガスを排出することができる。また、気液分離器と一体的に配設された希釈器は、気液分離器の上部に位置しているため、気液分離器に導入された水は、希釈器に導入された高温のカソードオフガスに暖められるため、凍結を抑制することができる。さらに、希釈器の底面に貯まった水も高温のカソードオフガスに暖められるため、凍結を抑制することができる。また、水が凍結していても、このカソードオフガスによって解凍を促進させることができる。さらにまた、拡張室は、次の水素パージまでに、カソードオフガスによって換気することができる。なお、アノードオフガスの拡張室への導入量やタイミング等は、例えば、流量調整弁等を接続することにより行うことができる。   With this configuration, a part of the cathode offgas can be introduced into the expansion chamber containing the anode offgas by pressure loss generated in the cathode offgas flow path, and the anode offgas and the cathode offgas are efficiently mixed and diluted with the cathode offgas. The anode off gas can be discharged. In addition, since the diluter disposed integrally with the gas-liquid separator is located at the upper part of the gas-liquid separator, the water introduced into the gas-liquid separator is heated at the high temperature introduced into the diluter. Since it is warmed by the cathode off gas, freezing can be suppressed. Furthermore, since the water stored on the bottom surface of the diluter is also warmed by the hot cathode off gas, freezing can be suppressed. Moreover, even if water is frozen, thawing can be promoted by this cathode off gas. Furthermore, the expansion chamber can be ventilated with cathode off-gas before the next hydrogen purge. The amount of anode off-gas introduced into the expansion chamber, the timing, and the like can be performed by connecting a flow rate adjusting valve, for example.

また、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置では、前記燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスの一部を、前記連通管を介して前記拡張室に導入することができる。   In the gas-liquid separator and diluter integrated apparatus according to the present invention, a part of the anode off-gas discharged from the fuel cell stack can be introduced into the expansion chamber via the communication pipe. .

そしてまた、前記流通制御部材は、ラビリンス構造から構成してもよい。このようにすることで、アノードオフガスを拡張室内により確実に保持し、希釈し、排出させることができる。この構成の場合、ラビリンス構造は、例えば、前記共有部材の下面から下方に向けて延出した複数の壁部によって形成することができる。そして、前記壁部の下端の少なくとも一部は、前記下部構成部材の上面に密着させることもできる。このようにすることで、気液分離器と希釈器との一体型装置の強度をさらに向上させることができる。   Further, the flow control member may have a labyrinth structure. By doing so, the anode off-gas can be reliably held in the expansion chamber, diluted, and discharged. In this configuration, the labyrinth structure can be formed by, for example, a plurality of wall portions extending downward from the lower surface of the shared member. And at least one part of the lower end of the said wall part can also be closely_contact | adhered to the upper surface of the said lower structural member. By doing in this way, the intensity | strength of the integrated apparatus of a gas-liquid separator and a diluter can further be improved.

また、前記流通制御部材は、前記共有部材の下面から下方に向けて延出すると共に、少なくとも1つのスリットが形成されてなる壁部から構成してもよい。このようにすることで、アノードオフガスとカソードオフガスとを噴流により、一層混合し易くすることができる。   Further, the flow control member may be configured by a wall portion that extends downward from the lower surface of the shared member and in which at least one slit is formed. By doing in this way, anode off gas and cathode off gas can be made easier to mix by a jet.

さらにまた、前記拡張室は、前記下流側に配設された流通制御部材と、当該拡張室の下流側を画定する側壁との間に、当該下流側に配設された流通制御部材から導入された混合ガスを旋回可能な旋回室を有することができる。このように構成することで、前記利点に加え、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合を促進し、さらにアノードオフガスの希釈性能を向上させることができる。   Furthermore, the expansion chamber is introduced from the flow control member disposed on the downstream side between the flow control member disposed on the downstream side and the side wall defining the downstream side of the expansion chamber. It is possible to have a swirl chamber capable of swirling the mixed gas. By configuring in this way, in addition to the above advantages, mixing of the anode off-gas and the cathode off-gas can be promoted, and the dilution performance of the anode off-gas can be further improved.

また、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置では、前記気液分離器は、前記共有部材に設けられ且つ前記気液混合流体の流れを誘導する誘導部を有し、当該誘導部は、上端の少なくとも一部が前記上部構成部材の底面に密着されてなり、下端の少なくとも一部が前記下部構成部材の上面に密着されてなる構成を有することができる。このように構成することで、気液混合流体を効率よく気液分離することができる。また、前記誘導部により、気液分離器と希釈器との一体型装置の強度をさらに向上させることができる。   In the gas-liquid separator and diluter integrated device according to the present invention, the gas-liquid separator has a guide portion that is provided in the shared member and guides the flow of the gas-liquid mixed fluid, The guide portion may have a configuration in which at least a part of the upper end is in close contact with the bottom surface of the upper constituent member and at least a part of the lower end is in close contact with the upper surface of the lower constituent member. By comprising in this way, a gas-liquid mixed fluid can be efficiently separated into gas and liquid. In addition, the strength of the integrated apparatus of the gas-liquid separator and the diluter can be further improved by the guide unit.

さらにまた、本発明に係る気液分離器と希釈器との一体型装置では、前記誘導部は、前記気液混合流体の導入方向と略水平に配設された誘導壁部を有し、前記気液分離器は、前記誘導壁部を挟んで前記気液混合流体導入側と反対側に、気液分離されたアノードオフガスを排出するアノードオフガス排出口を形成することができる。このように構成することで、前記気液混合流体を、狭い空間から広い空間に誘導することができ、軽いアノードオフガスと、重い水をさらに効率よく分離することができる。   Furthermore, in the gas-liquid separator and diluter integrated device according to the present invention, the guide part has a guide wall part disposed substantially horizontally with the introduction direction of the gas-liquid mixed fluid, In the gas-liquid separator, an anode off-gas discharge port for discharging the gas-liquid separated anode off-gas can be formed on the side opposite to the gas-liquid mixed fluid introduction side with the guide wall portion interposed therebetween. By comprising in this way, the said gas-liquid mixed fluid can be guide | induced to a wide space from a narrow space, and a light anode offgas and heavy water can be isolate | separated more efficiently.

また、前記気液分離器は、前記誘導部の周りを前記気液混合流体が旋回可能となる構成を有することができる。このように構成することで、アノードオフガスと水とを、より一層効率よく分離することができる。   The gas-liquid separator may have a configuration in which the gas-liquid mixed fluid can swivel around the guide portion. By comprising in this way, anode off gas and water can be isolate | separated still more efficiently.

また、誘導部の下端に、水が流通可能な貫通孔を形成することで、気液分離された水を当該貫通孔を介して(通って)前記連通管に誘導することができる。このため、さらに排水性を向上させることができる。   In addition, by forming a through-hole through which water can flow at the lower end of the guiding portion, the water that has undergone gas-liquid separation can be guided to (through) the communicating pipe through the through-hole. For this reason, drainage can be further improved.

本発明によれば、気液分離を効率よく行うことができ且つ希釈器に導入された気体の希釈を効率よく行えると共に、小型化を達成することができる気液分離器と希釈器との一体型装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to efficiently perform gas-liquid separation and to efficiently dilute the gas introduced into the diluter, and to achieve downsizing. A body type device can be provided.

本発明の実施の形態に係る気液分離器と希釈器との一体型装置の斜視図である。It is a perspective view of the integrated apparatus of the gas-liquid separator and diluter which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す一体型装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the integrated apparatus shown in FIG. 図1に示す一体型装置の平面図である。It is a top view of the integrated apparatus shown in FIG. 図2に示す共有部材を底面を上面側から透視した平面図である。FIG. 3 is a plan view of the shared member shown in FIG. 2 as seen through the bottom surface from the top surface side. 図3に示すV−V線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VV line shown in FIG. 図3に示すVI−VI線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VI-VI line shown in FIG. 図1に示す一体型装置が接続される燃料電池スタックの一部を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a part of a fuel cell stack to which the integrated device shown in FIG. 1 is connected. 図1に示す一体型装置の一部を図7に示す燃料電池スタックに接続した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which connected a part of integrated device shown in FIG. 1 to the fuel cell stack shown in FIG. 本発明の他実施の形態に係る流通制御部材の図10に示すIX−IX線に沿った断面図である。It is sectional drawing in alignment with the IX-IX line shown in FIG. 10 of the flow control member which concerns on other embodiment of this invention. 図9に示すX−X線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XX line shown in FIG.

次に、本発明の好適な実施の形態に係る気液分離器と希釈器との一体型装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。   Next, an integrated apparatus of a gas-liquid separator and a diluter according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is the illustration for demonstrating this invention, and this invention is not limited only to these embodiment. Therefore, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.

図1は、本実施の形態に係る気液分離器と希釈器との一体型装置の斜視図、図2は、図1に示す一体型装置の分解斜視図、図3は、図1に示す一体型装置の平面図、図4は、図2に示す共有部材を底面を上面側から透視した平面図、図5は、図3に示すV−V線に沿った断面図、図6は、図3に示すVI−VI線に沿った断面図、図7は、図1に示す一体型装置が接続される燃料電池スタックの一部を示す斜視図、図8は、図1に示す一体型装置の一部を図7に示す燃料電池スタックに接続した状態を示す斜視図である。前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。   1 is a perspective view of an integrated apparatus of a gas-liquid separator and a diluter according to the present embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view of the integrated apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. FIG. 4 is a plan view of the shared member shown in FIG. 2 as seen through the bottom surface from the top surface side, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V shown in FIG. 3, and FIG. 3 is a sectional view taken along line VI-VI shown in FIG. 3, FIG. 7 is a perspective view showing a part of the fuel cell stack to which the integrated device shown in FIG. 1 is connected, and FIG. 8 is an integrated type shown in FIG. It is a perspective view which shows the state which connected a part of apparatus to the fuel cell stack shown in FIG. In the drawings, for easy understanding, the thickness, size, enlargement / reduction ratio, and the like of each member are not matched with the actual ones.

なお、本実施の形態では、燃料電池システムに配設される気液分離器と希釈器とを一体化した一体型装置について説明する。また、本実施の形態では、説明を判り易くする目的で、一体型装置を燃料電池スタックに接続した際に、一体型装置の燃料電池スタックと対向する面を「背面」あるいは「後」、背面と対向する面を「前面」あるいは「前」、前面に向かって右側を「右」、左側を「左」として説明するが、本発明の前後左右を特定するものではない。   In the present embodiment, an integrated apparatus in which a gas-liquid separator and a diluter disposed in a fuel cell system are integrated will be described. Further, in the present embodiment, when the integrated device is connected to the fuel cell stack, the surface facing the fuel cell stack of the integrated device is defined as “rear” or “rear” and rear The front surface is referred to as “front surface” or “front”, the right side toward the front surface is described as “right”, and the left side is described as “left”.

図1〜図6及び図8に示すように、本実施の形態に係る気液分離器10と希釈器20とを一体的に構成した一体型装置1は、気液分離器10の上部を構成する上部構成部材11と、希釈器20の下部を構成する下部構成部材21と、上部構成部材11と下部構成部材21との間に位置し、上部構成部材11及び下部構成部材21と一体的に配設される共有部材50を備えて構成されている。即ち、気液分離器10は、上部構成部材11と、上部構成部材11と対向する共有部材50の上面とによって構成され、希釈器20は、共有部材50の下面と、下部構成部材21とによって構成されている。   As shown in FIG. 1 to FIG. 6 and FIG. 8, the integrated apparatus 1 in which the gas-liquid separator 10 and the diluter 20 according to the present embodiment are integrally configured constitutes the upper part of the gas-liquid separator 10. The upper component member 11, the lower component member 21 that forms the lower part of the diluter 20, and the upper component member 11 and the lower component member 21, are integrated with the upper component member 11 and the lower component member 21. The shared member 50 is provided. That is, the gas-liquid separator 10 is configured by the upper component member 11 and the upper surface of the shared member 50 facing the upper component member 11, and the diluter 20 is configured by the lower surface of the shared member 50 and the lower component member 21. It is configured.

上部構成部材11は、略水平なプレート部12と、プレート部12に連続的に形成され且つプレート部12から上方に向けて略ドーム状に突出したドーム部13を有している。   The upper component member 11 includes a substantially horizontal plate portion 12 and a dome portion 13 that is continuously formed on the plate portion 12 and protrudes upward from the plate portion 12 in a substantially dome shape.

ドーム部13の右側背面には、燃料電池スタック100の水素排出口101(図7参照)に接続され、水素排出口101から水素オフガス(アノードオフガス)及び水を含む気液混合流体を、気液分離器10内に導入する気液混合流体導入口14が形成されている。また、ドーム部13の中央より若干左側の上面には、気液分離器10内で気液分離された水素オフガスが排出される水素オフガス排出口15が開口されている。この水素オフガス排出口15は、燃料電池スタック100の水素導入口102(図7参照)に接続されており(接続状態は図示せず)、水素オフガス排出口15から排出された水素オフガスは、水素導入口102から燃料電池スタック100に戻されてアノードガスとして再び利用される。そしてまた、ドーム部13の上面の水素オフガス排出口15の前後方向両側には、後に詳述する共有部材50に設けられた誘導部51の上面に形成されたネジ孔55及び56に重ねられるネジ孔16及び17が各々形成されている。また、プレート部12の左側には、流量調整用のバルブ(弁)等が配設される孔18が開口されている。   A gas-liquid mixed fluid containing hydrogen off-gas (anode off-gas) and water is connected to a hydrogen discharge port 101 (see FIG. 7) of the fuel cell stack 100 on the right side rear surface of the dome portion 13. A gas-liquid mixed fluid introduction port 14 to be introduced into the separator 10 is formed. A hydrogen off-gas discharge port 15 through which the hydrogen off-gas separated in the gas-liquid separator 10 is discharged is opened on the upper surface slightly to the left of the center of the dome portion 13. The hydrogen offgas discharge port 15 is connected to a hydrogen introduction port 102 (see FIG. 7) of the fuel cell stack 100 (the connection state is not shown), and the hydrogen offgas discharged from the hydrogen offgas discharge port 15 is hydrogen It is returned to the fuel cell stack 100 from the introduction port 102 and used again as the anode gas. In addition, on both sides in the front-rear direction of the hydrogen off-gas discharge port 15 on the upper surface of the dome portion 13, screws that overlap with screw holes 55 and 56 formed on the upper surface of the guide portion 51 provided in the shared member 50 described in detail later. Holes 16 and 17 are respectively formed. Further, on the left side of the plate portion 12, a hole 18 in which a flow rate adjusting valve is provided.

共有部材50は、上面の略右側半分が、気液分離器10の下部を構成する気液分離器構成領域となっている。共有部材50の上面の左側には、下方に向けて凹設された凹部60が形成されており、凹部60の略中央部には、気液分離器10と希釈器20を連通し、気液分離器10で気液混合流体から分離された水を希釈器20に導入する連通管61の開口部が形成されている。この連通管61は、図5に示すように、凹部60の底面から下方に向けて延出されている。すなわち、連通管61は、気液混合流体から分離された水を略鉛直方向に流す(落下させる)ことができるため、前記水を排出する際に、重力を利用することができる。したがって、連通管61に液体が滞留することを抑制することができる。   In the shared member 50, the substantially right half of the upper surface is a gas-liquid separator constituting region constituting the lower part of the gas-liquid separator 10. A concave portion 60 that is recessed downward is formed on the left side of the upper surface of the shared member 50, and the gas-liquid separator 10 and the diluter 20 are communicated with each other at a substantially central portion of the concave portion 60. An opening of a communication pipe 61 is formed through which water separated from the gas-liquid mixed fluid by the separator 10 is introduced into the diluter 20. As shown in FIG. 5, the communication pipe 61 extends downward from the bottom surface of the recess 60. That is, the communication pipe 61 can flow (drop) the water separated from the gas-liquid mixed fluid in a substantially vertical direction, so that gravity can be used when discharging the water. Therefore, it is possible to suppress the liquid from staying in the communication pipe 61.

共有部材50の上面の右側には、気液混合流体導入口14から導入された気液混合流体が、気液分離器10内を旋回するように気液混合流体の流れを誘導する誘導部51が配設されている。この誘導部51は、気液混合流体導入口14から導入された気液混合流体の導入方向と略水平に配設された誘導壁部52と、誘導壁部52の前後方向両側に連続的に形成された略円筒形状を有する円筒部53及び54を有している。   On the right side of the upper surface of the shared member 50, a guide unit 51 that guides the flow of the gas-liquid mixed fluid so that the gas-liquid mixed fluid introduced from the gas-liquid mixed fluid inlet 14 swirls in the gas-liquid separator 10. Is arranged. The guiding portion 51 is continuously provided on both sides of the guiding wall portion 52 in the front-rear direction and the guiding wall portion 52 disposed substantially horizontally with the introduction direction of the gas-liquid mixed fluid introduced from the gas-liquid mixed fluid introduction port 14. Cylindrical portions 53 and 54 having a substantially cylindrical shape are formed.

円筒部53及び54の上面には、ネジ孔55及び56が形成されており、これらのネジ孔55及び56は、共有部材50に上部構成部材11が載置された際に、上部構成部材11に形成されているネジ孔16及び17と重なる位置に配置されている。そして、ネジ孔16及び55と、ネジ孔17及び56には、上部構成部材11と共有部材50とを固定するための図示しないネジが螺合される。これらの円筒部53及び54の上端は、図6に示すように、上部構成部材11の下面に溶着されており、下端は共有部材50を貫通して下方に延出し、下部構成部材21の上面に溶着されている。誘導壁部52は、図3に示すように、共有部材50に上部構成部材11が載置された際に、水素オフガス排出口15よりも右側に位置しており、これによって、水素オフガス排出口15は、誘導壁部52を挟んで気液混合流体導入口14と反対側に位置することになる。この誘導壁部52の上端は、上部構成部材11の下面に溶着されている。このように、円筒部53及び54の上端及び誘導壁部52の上端を上部構成部材11の下面に溶着し、円筒部53及び54の下端を下部構成部材21の上面に溶着することで、円筒部53及び54と、誘導壁部52が補強部材の役割を果たし、一体型装置1の強度を向上させることができる。   Screw holes 55 and 56 are formed on the upper surfaces of the cylindrical portions 53 and 54, and these screw holes 55 and 56 are formed when the upper component member 11 is placed on the shared member 50. The screw holes 16 and 17 are formed at positions overlapping with each other. Screws (not shown) for fixing the upper component member 11 and the shared member 50 are screwed into the screw holes 16 and 55 and the screw holes 17 and 56. As shown in FIG. 6, the upper ends of these cylindrical portions 53 and 54 are welded to the lower surface of the upper component member 11, and the lower ends extend downward through the shared member 50, and the upper surface of the lower component member 21. It is welded to. As shown in FIG. 3, the guide wall portion 52 is located on the right side of the hydrogen offgas discharge port 15 when the upper component member 11 is placed on the shared member 50, and thereby the hydrogen offgas discharge port. 15 is located on the opposite side of the gas-liquid mixed fluid inlet 14 with the guide wall 52 interposed therebetween. The upper end of the guide wall portion 52 is welded to the lower surface of the upper component member 11. As described above, the upper ends of the cylindrical portions 53 and 54 and the upper end of the guide wall portion 52 are welded to the lower surface of the upper component member 11, and the lower ends of the cylindrical portions 53 and 54 are welded to the upper surface of the lower component member 21. The parts 53 and 54 and the guide wall part 52 serve as a reinforcing member, and the strength of the integrated device 1 can be improved.

なお、気液分離器10は、図3に示すように、誘導部51の前後方向に位置する面と、ドーム部13の内壁とが構成する隙間よりも、誘導部51の左右方向に位置する面と、ドーム部13の内壁とが構成する隙間の方が広く構成されている。したがって、気液混合流体導入口14から導入された気液混合流体は、誘導部51の前側面とドーム部13の内壁とが構成する狭い隙間を通過した後、誘導部51の左側面とドーム部13の内壁とが構成する広い空間に流れることになるため、軽い水素と、重い水とを効率よく分離することができる。また、ここで分離されなかった水を含む気液混合流体は、誘導部51の後側面とドーム部13の内壁とが構成する狭い隙間をさらに移動し、誘導部51の周りをさらに旋回するため、先程分離されなかった水を循環させることができ、これによって、気液混合流体から先程分離されなかった水を分離できると共に、水の巻き上げを抑制することができる。そして、前記水は、凹部60から連通管61を経て希釈器20に導入される。この時、気液混合流体から分離されなかた水素オフガスは、この水と共に連通管61を経て希釈器20に導入される。一方、気液分離された軽い水素オフガスは、上方に移動し、水素オフガス排出口15から効率よく排出され、燃料電池スタック100内に戻される。   As shown in FIG. 3, the gas-liquid separator 10 is positioned in the left-right direction of the guide portion 51 rather than the gap formed by the surface positioned in the front-rear direction of the guide portion 51 and the inner wall of the dome portion 13. The gap formed by the surface and the inner wall of the dome portion 13 is configured wider. Therefore, the gas-liquid mixed fluid introduced from the gas-liquid mixed fluid introduction port 14 passes through a narrow gap formed by the front side surface of the guiding portion 51 and the inner wall of the dome portion 13 and then the left side surface of the guiding portion 51 and the dome. Since it flows in the wide space which the inner wall of the part 13 comprises, light hydrogen and heavy water can be isolate | separated efficiently. Further, the gas-liquid mixed fluid containing water that has not been separated here moves further through a narrow gap formed by the rear side surface of the guiding portion 51 and the inner wall of the dome portion 13, and further swirls around the guiding portion 51. The water that has not been separated earlier can be circulated, whereby the water that has not been separated earlier can be separated from the gas-liquid mixed fluid, and the water can be prevented from being rolled up. Then, the water is introduced into the diluter 20 from the recess 60 through the communication pipe 61. At this time, the hydrogen off-gas that has not been separated from the gas-liquid mixed fluid is introduced into the diluter 20 through the communication pipe 61 together with the water. On the other hand, the gas-liquid separated light hydrogen off-gas moves upward, is efficiently discharged from the hydrogen off-gas discharge port 15, and is returned to the fuel cell stack 100.

また、共有部材50の左側には、燃料電池スタック100のエアオフガス排出口103(図7参照)に接続され、エアオフガス排出口103から排出されたエアオフガスを希釈器20内に導入するエアオフガス導入口71が開口されている。なお、このエアオフガス導入口71は、図8に示すように、配管105によって、エアオフガス排出口103に接続されている。なお、図7において、符号106はエア導入口、符号107は冷却水排出口、符号108は冷却水導入口である。   Further, on the left side of the shared member 50, there is an air off gas inlet 71 connected to the air off gas outlet 103 (see FIG. 7) of the fuel cell stack 100 and introducing the air off gas discharged from the air off gas outlet 103 into the diluter 20. It is open. The air off gas inlet 71 is connected to the air off gas outlet 103 by a pipe 105 as shown in FIG. In FIG. 7, reference numeral 106 denotes an air introduction port, 107 denotes a cooling water discharge port, and 108 denotes a cooling water introduction port.

共有部材50の下面は、希釈器20の上部を構成する希釈器構成領域となっている。希釈器20は、エアオフガス導入口71から導入されたエアオフガスを、後に詳述する下部構成部材21の右側端面に形成された流体排出口70に向けて流動させるエアオフガス流路62と、連通管61から水と共に導入された水素オフガスを希釈するための拡張室63を有している。この共有部材50の下面には、図4に示すように、エアオフガス流路62と、拡張室63とを分離するための分離壁65が下方に向けて延出されており、分離壁65の下端は、下部構成部材21の上面に溶着されている。   The lower surface of the shared member 50 is a diluter configuration region that forms the upper portion of the diluter 20. The diluter 20 has an air-off gas flow path 62 that allows the air-off gas introduced from the air-off gas introduction port 71 to flow toward the fluid discharge port 70 formed on the right end surface of the lower component 21 that will be described in detail later. An expansion chamber 63 is provided for diluting the hydrogen off-gas introduced together with water. As shown in FIG. 4, a separation wall 65 for separating the air-off gas flow path 62 and the expansion chamber 63 extends downward on the lower surface of the shared member 50, and the lower end of the separation wall 65 Is welded to the upper surface of the lower component 21.

エアオフガス流路62の上部左側には、エアオフガス導入口71が位置しており、分離壁65のエアオフガス導入口71近傍には、拡張室63内にエアオフガスの一部を導入するための希釈用エア導入口66が形成されている。また、分離壁65の流体排出口70近傍には、拡張室63内の流体をエアオフガス流路62に排出する排出口67が形成されている。   An air-off gas introduction port 71 is located on the upper left side of the air-off gas flow path 62, and dilution air introduction for introducing a part of the air-off gas into the expansion chamber 63 is provided near the air-off gas introduction port 71 of the separation wall 65. A mouth 66 is formed. Further, a discharge port 67 for discharging the fluid in the expansion chamber 63 to the air-off gas channel 62 is formed in the vicinity of the fluid discharge port 70 of the separation wall 65.

拡張室63の希釈用エア導入口66側には、拡張室63に導入された水素オフガスが希釈用エア導入口66からエアオフガス流路62に流出することを抑制する(制御する)流通制御部材としてのラビリンス構造が形成されている。このラビリンス構造は、互いに所定の間隔をおいて、共有部材50の下面から下方に向けて延出された複数(本実施の形態では5枚)の壁部68及び69から構成されている。即ち、このラビリンス構造は、一端が分離壁65に連続的に形成され、他端が共有部材50の後側端部と隙間をおいて形成された壁部68と、一端が共有部材50の後側端部に連続形成され、他端が分離壁65と隙間をおいて形成された壁部69とが交互に配設されることによって構成されている。これら壁部68及び69の下端は、下部構成部材21の上面に溶着されている。   As a flow control member for suppressing (controlling) hydrogen off-gas introduced into the expansion chamber 63 from flowing out of the dilution air introduction port 66 into the air-off gas channel 62 on the dilution air introduction port 66 side of the expansion chamber 63. The labyrinth structure is formed. This labyrinth structure is composed of a plurality of (five in the present embodiment) wall portions 68 and 69 extending downward from the lower surface of the shared member 50 at a predetermined interval. That is, in this labyrinth structure, one end is continuously formed on the separation wall 65, the other end is formed with a gap from the rear end of the common member 50, and one end is the rear of the common member 50. It is configured by alternately forming a separation wall 65 and a wall 69 formed with a gap at the other end, which are continuously formed at the side end. The lower ends of these wall portions 68 and 69 are welded to the upper surface of the lower component 21.

また、共有部材50の下面の連通管61が配設されている位置と、円筒部53及び54が配設されている位置との間には、一端が共有部材50の後側端部に連続形成され、他端が分離壁65と隙間をおいて形成された壁部73が、下方に向けて形成されている。そしてまた、共有部材50の下面には、円筒部53及び54を前後方向に連結する壁部74が下方に向けて形成されている。また、共有部材50の下面には、円筒部53と分離壁65を前後方向に連結する壁部75が下方に向けて形成されている。壁部74は、円筒部53及び54に連続的に形成されており、壁部75は、円筒部53と分離壁65に連続的に形成されている。また、これらの壁部73、74及び75の下端は、下部構成部材21の上面に溶着されている。   Further, one end is continuous with the rear end of the shared member 50 between the position where the communication pipe 61 on the lower surface of the shared member 50 is disposed and the position where the cylindrical portions 53 and 54 are disposed. A wall portion 73 that is formed and has the other end formed with a gap from the separation wall 65 is formed downward. Further, a wall portion 74 that connects the cylindrical portions 53 and 54 in the front-rear direction is formed on the lower surface of the shared member 50 so as to face downward. In addition, a wall portion 75 that connects the cylindrical portion 53 and the separation wall 65 in the front-rear direction is formed on the lower surface of the shared member 50 so as to face downward. The wall portion 74 is continuously formed on the cylindrical portions 53 and 54, and the wall portion 75 is continuously formed on the cylindrical portion 53 and the separation wall 65. Further, the lower ends of these wall portions 73, 74 and 75 are welded to the upper surface of the lower component member 21.

なお、壁部68、69及び73〜75は、下部構成部材21の上面に溶着されているため、補強部材の役割を果たし、一体型装置1の強度を向上させることができる。また、図4に示すように、円筒部54、壁部74、円筒部53及び壁部75からなる部分と、壁部73とによりラビリンス構造が形成されている。このラビリンス構造は、拡張室63内でエアオフガスによって希釈された水素オフガスが、排出口67から少しずつ排出されるように流体の流れを制御する流通制御部材としての役割を果たしている。   In addition, since the wall parts 68, 69, and 73-75 are welded to the upper surface of the lower structural member 21, it can play the role of a reinforcing member and can improve the intensity | strength of the integrated apparatus 1. FIG. Further, as shown in FIG. 4, a labyrinth structure is formed by the wall portion 73 and the portion including the cylindrical portion 54, the wall portion 74, the cylindrical portion 53 and the wall portion 75. This labyrinth structure serves as a flow control member that controls the flow of fluid so that hydrogen off gas diluted with air off gas in the expansion chamber 63 is gradually discharged from the discharge port 67.

また、拡張室63の右側後部は右側に向けて突出しており、この突出により形成された空間により、円筒部54と拡張室63の内壁との間を通過して排出口67に向かう流体が旋回可能な旋回室77を構成している。この旋回室77に到達した水素オフガスとエアオフガスは、ここで渦状となり、水素オフガスは、エアオフガスによってさらに効率よく希釈される。   Further, the right rear portion of the expansion chamber 63 protrudes toward the right side, and the space formed by the protrusion swirls the fluid that passes between the cylindrical portion 54 and the inner wall of the expansion chamber 63 toward the discharge port 67. A possible swirl chamber 77 is formed. The hydrogen off-gas and air off-gas that have reached the swirl chamber 77 are now swirled, and the hydrogen off-gas is more efficiently diluted by the air off-gas.

下部構成部材21の右側側壁には、希釈器20内を通過した流体(エアオフガス、エアオフガスによって希釈された水素オフガス、水等)が排出される流体排出口70が開口されている。この下部構成部材21は、特に図2に示すように、底面積が広く構成されているため、連通管61から希釈器20内に誘導された水は、下部構成部材21の底部に広い面積で浅く貯められることになる。   On the right side wall of the lower component member 21, a fluid discharge port 70 is opened to discharge the fluid (air off gas, hydrogen off gas diluted with air off gas, water, etc.) that has passed through the diluter 20. As shown in FIG. 2, the lower component member 21 has a large bottom area, so that the water guided from the communication pipe 61 into the diluter 20 has a large area at the bottom of the lower component member 21. It will be stored shallow.

これらの構成を備えた上部構成部材11、共有部材50及び下部構成部材21は、例えば、ネジやボルト・ナット等の締結部材により一体的に固定され、気液分離器10と、希釈器20とが一体的に構成された一体型装置1を構成する。このように、気液分離器10と、希釈器20とを一体的に構成したことで、小型化を達成することができる。   The upper component member 11, the shared member 50, and the lower component member 21 having these configurations are integrally fixed by fastening members such as screws, bolts and nuts, for example, and the gas-liquid separator 10, the diluter 20, Constitutes an integrated apparatus 1 integrally formed. As described above, the gas-liquid separator 10 and the diluter 20 are integrally configured, so that downsizing can be achieved.

次に、本発明に係る一体型装置1の具体的動作について説明する。   Next, a specific operation of the integrated apparatus 1 according to the present invention will be described.

燃料電池スタック100にアノードガス(燃料ガス:水素)及びカソードガス(酸化ガス:空気)が供給され、電気反応が開始されると、燃料電池スタック100の水素排出口101から水素オフガスと水との気液混合流体が排出され、この気液混合流体は、気液混合流体導入口14から気液分離器10内に導入される。気液分離器10内に導入された気液混合流体は、誘導部51の前側面とドーム部13の内壁とが構成する狭い隙間を経て、誘導部51の左側面とドーム部13の内壁とが構成する広い空間に流れ込み、サイクロン効果によって、軽い水素と、重い水とを効率よく分離する。気液分離された水素は、上方に移動し、水素オフガス排出口15から効率よく排出され、燃料電池スタック100内に戻される。一方、気液分離された水と、気液分離されなかった水素オフガスは、連通管61を経て希釈器20に導入され、前記水は、下部構成部材21の底面に貯められる。この時、連通管61は、上下方向に開放されており、前記水が重力によって落下するため、連通管61に水が滞ることを抑制することができる。   When an anode gas (fuel gas: hydrogen) and a cathode gas (oxidizing gas: air) are supplied to the fuel cell stack 100 and an electric reaction is started, hydrogen off-gas and water are discharged from the hydrogen discharge port 101 of the fuel cell stack 100. The gas-liquid mixed fluid is discharged, and this gas-liquid mixed fluid is introduced into the gas-liquid separator 10 from the gas-liquid mixed fluid introduction port 14. The gas-liquid mixed fluid introduced into the gas-liquid separator 10 passes through a narrow gap formed by the front side surface of the guiding portion 51 and the inner wall of the dome portion 13, and the left side surface of the guiding portion 51 and the inner wall of the dome portion 13. It flows into the wide space that consists of and efficiently separates light hydrogen and heavy water by the cyclone effect. The gas-liquid separated hydrogen moves upward, is efficiently discharged from the hydrogen off-gas discharge port 15, and is returned into the fuel cell stack 100. On the other hand, water that has been gas-liquid separated and hydrogen off-gas that has not been gas-liquid separated are introduced into the diluter 20 via the communication pipe 61, and the water is stored on the bottom surface of the lower component 21. At this time, the communication pipe 61 is opened in the up-down direction, and the water falls due to gravity, so that it is possible to prevent water from stagnation in the communication pipe 61.

一方、燃料電池スタック100のエアオフガス排出口103から排出されたエアオフガスは、エアオフガス導入口71から希釈器20のエアオフガス流路62の上流側に導入される。ここで、エアオフガス流路62で生じる圧損により、エアオフガスの一部が、希釈用エア導入口66から壁部68及び69によって形成されたラビリンス構造を経て、拡張室63内に導入される。拡張室63に導入されたエアオフガスは、連通管61を経て希釈器20に導入された水素オフガスと混合され、水素オフガスを希釈する。混合された流体(エアオフガス及び希釈された水素オフガス)は、壁部73と、円筒部54、壁部74、円筒部53及び壁部75からなる部分とによって構成されたラビリンス構造を経て、旋回室77に至り、排出口67からエアオフガス流路62の下流側に排出される。なお、拡張室63の上流側と下流側に配設したラビリンス構造により、省スペースであっても、拡張室63に効率よく水素オフガスを保持させると共に、エアオフガスと効率よく混合させて希釈し、排出させることができる。   On the other hand, the air off gas discharged from the air off gas discharge port 103 of the fuel cell stack 100 is introduced from the air off gas introduction port 71 to the upstream side of the air off gas flow path 62 of the diluter 20. Here, due to the pressure loss generated in the air-off gas flow path 62, a part of the air-off gas is introduced into the expansion chamber 63 from the dilution air introduction port 66 through the labyrinth structure formed by the walls 68 and 69. The air off gas introduced into the expansion chamber 63 is mixed with the hydrogen off gas introduced into the diluter 20 through the communication pipe 61 to dilute the hydrogen off gas. The mixed fluid (air off gas and diluted hydrogen off gas) passes through the labyrinth structure constituted by the wall portion 73 and the cylindrical portion 54, the wall portion 74, the cylindrical portion 53, and the wall portion 75. 77, and is discharged from the discharge port 67 to the downstream side of the air-off gas passage 62. Note that the labyrinth structure disposed on the upstream side and the downstream side of the expansion chamber 63 allows the expansion chamber 63 to efficiently hold the hydrogen off-gas, dilute by mixing with the air-off gas, and discharge even in a space-saving manner. Can be made.

また、拡張室63内に導入されなかったエアオフガスは、エアオフガス流路62を流体排出口70(下流側)に向けて流動し、排出口67から排出された流体と共に、流体排出口70から排出される。   Further, the air-off gas that has not been introduced into the expansion chamber 63 flows through the air-off gas passage 62 toward the fluid discharge port 70 (downstream side), and is discharged from the fluid discharge port 70 together with the fluid discharged from the discharge port 67. The

ここで、気液分離器10は、燃料電池スタック100を通過した暖かいエアオフガスが流通するエアオフガス流路62上に配置されているため、気液分離器10内で凍結した水を解凍させる効果を持たせることができる。そしてまた、希釈器20に貯められた水は、広い面積で浅く貯められるため、凍結しても解凍し易く、解凍時間を短縮することができる。   Here, since the gas-liquid separator 10 is disposed on the air-off gas flow path 62 through which the warm air-off gas that has passed through the fuel cell stack 100 flows, the gas-liquid separator 10 has an effect of thawing water frozen in the gas-liquid separator 10. Can be made. In addition, since the water stored in the diluter 20 is stored shallowly in a large area, it can be easily thawed even if it is frozen, and the thawing time can be shortened.

また、排出口67からエアオフガス及び希釈された水素オフガスを排出した後、次の水素パージまでに、エアオフガスにより拡張室63内を換気し、次の水素パージに備えることもできる。   In addition, after the air off gas and the diluted hydrogen off gas are discharged from the discharge port 67, the inside of the expansion chamber 63 can be ventilated with the air off gas before the next hydrogen purge to prepare for the next hydrogen purge.

なお、本実施の形態では、壁部68、69、73〜75の下端を下部構成部材21の上面に溶着した場合について説明したが、これに限らず、壁部68、69、73〜75の下端は溶着させずに、下部構成部材21の上面に密着させておいてもよい。また、壁部68、69、73〜75の下端の一部と、下部構成部材21の上面との間に水が流通可能な排水用の貫通孔を形成してもよい。このようにすることで、排水用の貫通孔を介して水を効率よく流体排出口70に移動させることができ、排水性を向上することができる。   In addition, in this Embodiment, although the case where the lower end of wall part 68, 69, 73-75 was welded to the upper surface of the lower structural member 21 was demonstrated, not only this but wall part 68, 69, 73-75 The lower end may be in close contact with the upper surface of the lower component 21 without being welded. Further, a drainage through hole through which water can flow may be formed between a part of the lower ends of the walls 68, 69 and 73 to 75 and the upper surface of the lower component 21. By doing in this way, water can be efficiently moved to the fluid discharge port 70 through the drainage through-hole, and drainage performance can be improved.

また、本実施の形態では、流通制御部材として、ラビリンス構造を配設した場合について説明したが、これに限らず、流通制御部材として、例えば、図9及び図10に示すように、拡張室63の上流側及び/または下流側となる位置に、一端が共有部材50の後側端部に連続形成され且つ他端が分離壁65に連続形成され、前後方向に延びる壁部88を形成し、この壁部88に少なくとも1つのスリット89を形成し、スリット89を通過して下流側に移動したエアオフガスにより噴流を生じさせ、水素オフガスと混合させるようにしてもよい。この壁部88は、共有部材50の下面から延出し、下端が下部構成部材21の上面に溶着されていてもよい。なお、図9は、図10に示すIX−IX線に沿った断面図であり、図10は、図9に示すX−X線に沿った断面図である。   Further, in the present embodiment, the case where the labyrinth structure is provided as the flow control member has been described. However, the present invention is not limited to this, and as the flow control member, for example, as shown in FIG. 9 and FIG. One end is formed continuously at the rear end of the shared member 50 and the other end is formed continuously at the separation wall 65 at a position on the upstream side and / or downstream side of the first member, forming a wall portion 88 extending in the front-rear direction. At least one slit 89 may be formed in the wall portion 88, and a jet may be generated by the air off gas that has passed through the slit 89 and moved downstream, and mixed with the hydrogen off gas. The wall portion 88 may extend from the lower surface of the shared member 50, and the lower end may be welded to the upper surface of the lower component member 21. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX shown in FIG. 10, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX shown in FIG.

そしてまた、本実施の形態では、分離壁65と、壁部68、69及び73〜75を、共有部材50の下面から延出させた場合について説明したが、これに限らず、壁部65、68、69及び73〜75は、例えば、下部構成部材21の上面から立設させる等、異なった方法で配設してもよい。また、ラビリンス構造を形成するための壁部の配設数は、所望により決定することができる。   In the present embodiment, the separation wall 65 and the wall portions 68, 69, and 73 to 75 have been described as extending from the lower surface of the shared member 50. 68, 69, and 73 to 75 may be arranged by different methods, for example, standing from the upper surface of the lower component 21. In addition, the number of wall portions for forming the labyrinth structure can be determined as desired.

さらにまた、本実施の形態では、連通管61を略鉛直方向に配設した場合について説明したが、これに限らず、連通管61は、重力を利用して水を希釈器20に導入することが可能であれは、水平方向に対し所定の角度で傾斜させて配設してもよい。   Furthermore, in the present embodiment, the case where the communication pipe 61 is disposed in a substantially vertical direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and the communication pipe 61 introduces water into the diluter 20 using gravity. If possible, it may be disposed at a predetermined angle with respect to the horizontal direction.

1…一体型装置、 10…気液分離器、 11…上部構成部材、 14…気液混合流体導入口、 15…水素オフガス排出口、 20…希釈器、 21…下部構成部材、 50…共有部材、 51…誘導部、 61…連通管、 62…エアオフガス流路、 63…拡張室、 65…分離壁、 70…流体排出口、 71…エアオフガス導入口、 77…旋回室、 100…燃料電池スタック   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Integrated apparatus, 10 ... Gas-liquid separator, 11 ... Upper structural member, 14 ... Gas-liquid mixed fluid introduction port, 15 ... Hydrogen off-gas discharge port, 20 ... Diluter, 21 ... Lower structural member, 50 ... Shared member , 51 ... Induction section, 61 ... Communication pipe, 62 ... Air off gas flow path, 63 ... Expansion chamber, 65 ... Separation wall, 70 ... Fluid discharge port, 71 ... Air off gas introduction port, 77 ... Swivel chamber, 100 ... Fuel cell stack

Claims (13)

燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスと水との混合流体から気体と液体とを分離する気液分離器と、
前記気液分離器の下方に配設された希釈器と、
前記気液分離器と希釈器とを連通すると共に、水平方向に対し所定の角度で配設され、前記気液混合流体に含まれる少なくとも液体を前記希釈器に導入する連通管と、
を備え、
前記気液分離器と、前記希釈器と、前記連通管とを一体的に構成し
前記希釈器は、
前記燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスの一部と、前記水と、前記アノードオフガスの一部とが導入され、当該導入されたカソードオフガスとアノードオフガスとを混合し、当該混合されたガス及び前記水を排出する拡張室と、
前記拡張室に導入されないカソードオフガスを誘導して排出するカソードオフガス流路と、
を有し、
前記気液分離器は、前記カソードオフガス流路上に配置されている気液分離器と希釈器との一体型装置。
A gas-liquid separator for separating gas and liquid from a mixed fluid of anode off-gas and water discharged from the fuel cell stack ;
A diluter disposed below the gas-liquid separator;
A communication pipe that communicates the gas-liquid separator and the diluter, is disposed at a predetermined angle with respect to a horizontal direction, and introduces at least a liquid contained in the gas-liquid mixed fluid into the diluter;
With
The gas-liquid separator, the diluter, and the communication pipe are integrally configured ,
The diluter is
A portion of the cathode offgas discharged from the fuel cell stack, the water, and a portion of the anode offgas are introduced, and the introduced cathode offgas and anode offgas are mixed, and the mixed gas and An expansion chamber for discharging the water;
A cathode offgas passage for guiding and discharging the cathode offgas not introduced into the expansion chamber;
Have
The gas-liquid separator is an integrated device of a gas-liquid separator and a diluter disposed on the cathode off-gas channel .
前記気液分離器の上部を構成する上部構成部材と、
前記希釈器の下部を構成する下部構成部材と、
前記上部構成部材と下部構成部材との間に位置し、当該上部構成部材及び下部構成部材と一体的に配設されると共に、前記気液分離器の下部及び前記希釈器の上部を構成する共有部材と、
を備え、
前記連通管は、前記共有部材に形成されてなる請求項1記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
An upper component constituting the upper part of the gas-liquid separator;
A lower component constituting the lower part of the diluter;
A common component that is located between the upper component member and the lower component member and is disposed integrally with the upper component member and the lower component member, and constitutes the lower part of the gas-liquid separator and the upper part of the diluter. Members,
With
The integrated apparatus of a gas-liquid separator and a diluter according to claim 1, wherein the communication pipe is formed on the shared member.
燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスと水との混合流体から気体と液体とを分離する気液分離器と、
前記気液分離器の下方に配設された希釈器と、
前記気液分離器と希釈器とを連通すると共に、水平方向に対し所定の角度で配設され、前記気液混合流体に含まれる少なくとも液体を前記希釈器に導入する連通管と、
を備え、
前記気液分離器と、前記希釈器と、前記連通管とを一体的に構成し、
記希釈器は、
前記燃料電池スタックから排出されたカソードオフガスの一部と、前記水と、前記アノードオフガスの一部とが導入され、当該導入されたカソードオフガスとアノードオフガスとを混合し、当該混合されたガス及び前記水を排出する拡張室と、
前記拡張室に導入されないカソードオフガスを誘導して排出するカソードオフガス流路と、
を有し、
前記拡張室は、前記導入されたカソードオフガスの上流側と下流側となる位置に、少なくともアノードオフガスの流れを制御する流通制御部材が配設されてなる気液分離器と希釈器との一体型装置。
A gas-liquid separator for separating gas and liquid from a mixed fluid of anode off-gas and water discharged from the fuel cell stack;
A diluter disposed below the gas-liquid separator;
A communication pipe that communicates the gas-liquid separator and the diluter, is disposed at a predetermined angle with respect to a horizontal direction, and introduces at least a liquid contained in the gas-liquid mixed fluid into the diluter;
With
The gas-liquid separator, the diluter, and the communication pipe are integrally configured,
Before Symbol dilution device,
A portion of the cathode offgas discharged from the fuel cell stack, the water, and a portion of the anode offgas are introduced, and the introduced cathode offgas and anode offgas are mixed, and the mixed gas and An expansion chamber for discharging the water;
A cathode offgas passage for guiding and discharging the cathode offgas not introduced into the expansion chamber;
Have
The expansion chamber, the upstream and the downstream position of the introduced cathode off-gas, one with diluter at least the gas-liquid separator flow control member for controlling the flow of the anode off-gas is ing disposed Body shape device.
前記燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスの一部は、前記連通管を介して前記拡張室に導入される請求項3記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   The gas / liquid separator and diluter integrated apparatus according to claim 3, wherein a part of the anode off-gas discharged from the fuel cell stack is introduced into the expansion chamber via the communication pipe. 前記流通制御部材は、ラビリンス構造からなる請求項3または請求項4記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   The said flow control member is an integrated apparatus of the gas-liquid separator and diluter of Claim 3 or Claim 4 which consists of a labyrinth structure. 前記ラビリンス構造は、前記共有部材の下面から下方に向けて延出した複数の壁部からなる請求項5記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   The said labyrinth structure is an integrated apparatus of the gas-liquid separator and diluter of Claim 5 which consists of a several wall part extended toward the downward direction from the lower surface of the said shared member. 前記壁部の下端の少なくとも一部は、前記下部構成部材の上面に密着されてなる請求項6記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   The gas-liquid separator and diluter integrated apparatus according to claim 6, wherein at least a part of the lower end of the wall portion is in close contact with the upper surface of the lower component member. 前記流通制御部材は、前記共有部材の下面から下方に向けて延出すると共に、少なくとも1つのスリットが形成されてなる壁部からなる請求項3または請求項4記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   5. The gas-liquid separator and diluter according to claim 3, wherein the flow control member includes a wall portion extending downward from a lower surface of the shared member and having at least one slit formed therein. Integrated device with. 前記拡張室は、前記下流側に配設された流通制御部材と、当該拡張室の下流側を画定する側壁との間に、当該下流側に配設された流通制御部材から導入された混合ガスを旋回可能な旋回室を有してなる請求項3ないし請求項8のいずれか一項に記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   The expansion chamber is a mixed gas introduced from the flow control member disposed on the downstream side between the flow control member disposed on the downstream side and the side wall defining the downstream side of the expansion chamber. An integrated apparatus of a gas-liquid separator and a diluter according to any one of claims 3 to 8, further comprising a swirl chamber capable of swirling the gas. 前記気液分離器は、前記共有部材に設けられ且つ前記気液混合流体の流れを誘導する誘導部を有し、
前記誘導部は、上端の少なくとも一部が前記上部構成部材の底面に密着されてなり、下端の少なくとも一部が前記下部構成部材の上面に密着されてなる請求項3ないし請求項9のいずれか一項に記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。
The gas-liquid separator has a guide portion that is provided on the shared member and guides the flow of the gas-liquid mixed fluid,
10. The guide unit according to claim 3, wherein at least a part of an upper end of the guide part is in close contact with a bottom surface of the upper constituent member, and at least a part of the lower end is in close contact with an upper surface of the lower constituent member. An integrated apparatus of the gas-liquid separator and the diluter according to one item.
前記誘導部は、前記気液混合流体の導入方向と略水平に配設された誘導壁部を有し、前記気液分離器は、前記誘導壁部を挟んで前記気液混合流体導入側と反対側に、分離されたアノードガスを排出するアノードガス排出口が形成されてなる請求項10記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   The guide portion has a guide wall portion disposed substantially horizontally with the introduction direction of the gas-liquid mixed fluid, and the gas-liquid separator is disposed between the gas-liquid mixed fluid introduction side with the guide wall portion interposed therebetween. The gas-liquid separator and diluter integrated apparatus according to claim 10, wherein an anode gas discharge port for discharging the separated anode gas is formed on the opposite side. 前記気液混合流体は、前記誘導部の周りを旋回可能である請求項10または請求項11記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   12. The gas-liquid separator and diluter integrated device according to claim 10 or 11, wherein the gas-liquid mixed fluid is capable of swiveling around the guiding portion. 前記誘導部の下端に、水が流通可能な貫通孔を形成してなる請求項8ないし請求項12のいずれか一項に記載の気液分離器と希釈器との一体型装置。   The integrated apparatus of the gas-liquid separator and the diluter according to any one of claims 8 to 12, wherein a through-hole through which water can flow is formed at a lower end of the guide portion.
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